Apertura
Arturo Reyes Lazalde. Doctor en Investigación Biomédica Básica. Profesor-investigador de la Escuela de Biología de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, México.
Marleni Reyes Monreal. Maestra en Educación y maestra en Estética y Arte. Profesora-investigadora de la licenciatura de Arte Digital de la Escuela de Artes Plásticas y Audiovisuales y de la Dirección General de Innovación Educativa de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, México.
María Eugenia Pérez Bonilla. Doctora en Patología Experimental. Profesora-investigadora de la Escuela de Biología de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, México.
Presentamos una estrategia de innovación educativa consistente en la implementación de un proyecto de investigación virtual en biología. En la educación universitaria presencial, algunas prácticas de laboratorio son prohibitivas por sus altos costos. En la educación a distancia existen pocos materiales virtuales que las sustituyan. En este trabajo compartimos la experiencia del uso del simulador dosis-respuesta 1.0 desarrollado en nuestro laboratorio con el objetivo de explorar su usabilidad y niveles de aprendizajes alcanzados. La investigación fue exploratoria con un grupo de alumnos del curso Métodos de investigación I de la carrera de Biología. El trabajo corresponde a una investigación virtual, estructurada, de tipo semicerrado y guiada por supervisión docente especializada, y evaluó dos niveles de conocimiento: el manejo del programa y la comprensión de los conocimientos teóricos. El 69.2% de los alumnos indicaron que el uso del simulador fue fácil. De acuerdo con la taxonomía de Bloom, de 100 a 92.3% realizaron bien actividades en los niveles aplicar y analizar, y de 76.9 a 61.5, en el nivel sintetizar; 7.7% no se adaptaron. Los resultados señalan que los alumnos alcanzan altos niveles de aprendizaje. Los simuladores son una alternativa para la enseñanza cuando las prácticas de laboratorio son costosas.
We present an educational innovation strategy that consists on the implementation of a virtual investigation project in biology. In university education, some lab practices are prohibitive due to high costs. For distance university education, there are few virtual educational resources that can be used instead. In this paper we share the experience of using the dose-response simulator 1.0. The simulator has been developed in our lab to explore the usability and the learning levels achieved by the students. An exploratory study was conducted with a group of students from the Research Methods I course of the Bachelor's degree biology program. The work corresponds to a virtual, structured, semi-closed type, guided by specialized teaching supervision. Two levels of knowledge were evaluated: the management of the program and the understanding of theoretical knowledge. 69.2% of the students stated that using the simulator was easy. According with Bloom's taxonomy, from 100 to 92.3% performed well in activities at the apply and analyze levels, and 76.9 to 61.5% at the synthesize level. 7.7% did not adapt at all. The results indicate a high level of student learning. Simulators are an alternative for teaching when lab practices are expensive.
La enseñanza de las ciencias por medio de prácticas de laboratorio o proyectos de
investigación resulta muy costosa, sobre todo cuando se requieren equipos de
laboratorio, animales de experimentación y reactivos. Las preguntas que surgen de
esta situación son: ¿existen otras alternativas de enseñanza? ¿Los simuladores son
una alternativa? ¿El aprendizaje que se logra con prácticas virtuales es equivalente
al alcanzado con prácticas de laboratorio tradicionales? ¿Es posible que cada
estudiante realice la práctica de laboratorio de manera individual? ¿El aprendizaje
que se logra durante una práctica por equipo es el esperado? ¿Una práctica de
laboratorio demostrativa produce un aprendizaje superior a las prácticas virtuales?
Los altos costos de algunos proyectos y prácticas de laboratorio ¿justifican que se
pase por alto los temas a tratar o incentivan a buscar alternativas? La información
publicada sobre estos aspectos es aún escasa. Algunos resultados indican una
respuesta favorable, sobre todo en la enseñanza-aprendizaje de la ingeniería (
En este artículo, exploramos en un grupo piloto la usabilidad del simulador dosis-respuesta 1.0, desarrollado por nuestro grupo de trabajo y su impacto en el aprendizaje sobre el tema: el efecto de los agonistas a receptores glutamatérgicos. La estrategia fue situar al alumno en un entorno de investigación virtual. Los alumnos fueron guiados durante la investigación. Con los resultados generados por el simulador, analizamos los datos y cada alumno redactó un artículo de investigación. Este trabajo se llevó a cabo en el contexto del curso de Métodos de investigación I, del tercer cuatrimestre de la carrera de Biología.
En general, la inclusión del trabajo de laboratorio en los planes de estudio data
de 1960. Los enfoques planteados han pasado por varias etapas: desde el
aprendizaje por descubrimiento, un enfoque en procesos, hasta enfoques
constructivistas contemporáneos (
Los laboratorios virtuales son herramientas muy útiles en la didáctica de la biología para trabajar temas que, por razones diversas, no admiten la experimentación en un laboratorio escolar.
Un análisis de estas dos formas contrarias de buscar un mejor aprendizaje
demostró que el aprendizaje con una guía especializada es más efectivo que el
obtenido por descubrimiento con una guía mínima (
Con las nuevas tecnologías se puede pasar a la simulación computacional para realizar una serie de experimentos, obtener datos, analizarlos y comprender el significado de la investigación cuantitativa. Los laboratorios virtuales son herramientas muy útiles en la didáctica de la biología para trabajar temas que, por razones diversas, no admiten la experimentación en un laboratorio escolar. Consisten en simulaciones de actividades prácticas, es decir, imitaciones digitales de prácticas de laboratorio o de campo reducidas a la pantalla de la computadora. Resultan de gran interés para abordar procesos biológicos en los que la experimentación se ve restringida por seguridad, tiempo, disponibilidad de material, ética, equipo especializado, etcétera. Esta forma de abordar los procesos biológicos da lugar a experimentos virtuales.
En este trabajo, utilizamos la definición de
La tecnología computacional y el internet tienen un potencial para propiciar el
aprendizaje de la ingeniería en un entorno altamente interactivo. "Las
funciones de los profesores y estudiantes están cambiando, y sin duda hay formas
de aprender aún no descubiertas" (
Según
Los experimentos virtuales son un apoyo esencial para la enseñanza de las
ciencias en la modalidad presencial y en línea. Por esto, el desarrollo de
simuladores computacionales se visualiza como una herramienta muy importante
para los procesos de enseñanza y aprendizaje en este siglo (
En la enseñanza-aprendizaje de las disciplinas médicas,
... la experimentación virtual guiada sitúa al estudiante en una actividad que le permitirá obtener una idea general de qué es un trabajo científico y cómo se realiza.
En la mayoría de estos casos se revela la satisfacción de los participantes, la percepción del aprendizaje y el accionar de los estudiantes durante el proceso de simulación. En todos, los resultados fueron positivos. El comportamiento de los estudiantes fue de entusiasmo. Los niveles que se evaluaron fueron: la asistencia, la satisfacción con el programa, la adquisición de conocimiento, y las competencias. En temas de carácter médico se agrega: la atención al paciente y la atención a la comunidad. Los demás trabajos revisados se concretan a abordar el diseño y desarrollo de los simuladores.
Así, en este tipo de trabajos existen dos líneas directrices: el diseño de los
simuladores, en el cual se analiza que los resultados generados por el simulador
sean semejantes a los encontrados en los experimentos reales, y la puesta a
prueba de su usabilidad y su empleo como herramientas didácticas. En la primera
directriz se pone a prueba el modelo matemático que le da origen; se observan
las relaciones entre las variables y, en su caso, se descubren nuevas relaciones
entre variables o se calculan variables que en los experimentos reales no se
pueden medir. En México, es poco el desarrollo de simuladores propios; por
ejemplo, se han reportado simuladores por
El impacto del trabajo de laboratorio en la enseñanza de la ciencia ha sido suficientemente abordado. Existe gran cantidad de trabajos, sobre todo relacionados con el aprendizaje de la física y las matemáticas. Sin embargo, el estudio del impacto de prácticas virtuales en la biología es escaso. Los conocimientos, habilidades y destrezas que se pueden alcanzar han sido poco explorados. El desarrollo de simuladores para la enseñanza de la biología en México es incipiente. En este trabajo, describimos la experiencia y las estrategias del uso del simulador dosis-respuesta. Pretendemos valorar el aprendizaje alcanzado en el tema y demostrar que la experimentación virtual guiada sitúa al estudiante en una actividad que le permitirá obtener una idea general de qué es un trabajo científico y cómo se realiza.
Durante el curso de Métodos de investigación I de la licenciatura en Biología se utilizó uno de los simuladores diseñados y desarrollados en el Laboratorio de Biología Interactiva por los autores de este trabajo. El simulador denominado dosis-respuesta 1.0 se ejecuta en un ambiente Windows(r), desde XP a la versión 8, en una computadora PC-compatible. Los requerimientos de cómputo son 2 MB de espacio libre en el disco duro y un procesador Pentium o mayor con un monitor SVGA con profundidad de color verdadero. Usamos la sala de cómputo con una computadora para cada estudiante.
Los estudiantes que emplearon el simulador fueron trece y cada uno de ellos tuvo
acceso de manera individual al programa. Se siguió el método CREATE (considerar,
leer, plantear una hipótesis, analizar e interpretar datos y pensar en el siguiente
experimento) propuesto por
El trabajo fue frontal, es decir, todos realizan la misma práctica. El simulador
genera datos diferentes dentro de un intervalo de valores reales, en cada corrida,
de manera que se ejecuta una práctica personalizada. Según
Para la implementación de la práctica, los estudiantes siguen una rúbrica, describen objetivos, sugieren una hipótesis, planean las etapas para realizar el experimento (métodos y procedimientos), observaciones y mediciones que se pueden registrar y la conclusión que se puede extraer de la experiencia.
La secuencia temática planeada y las actividades programadas se resumen en la
*Cada sesión corresponde a una hora. Los alumnos pudieron usar el
simulador todo el tiempo del curso y libremente a distancia. El
simulador se localizó en el servidor de la escuela y estuvo a su
disposición en la página web de Biología todo el curso.
Las temáticas están enfocadas específicamente a lo biológico, que en este caso es la interacción ligando-receptor y la generación de curvas dosis-respuesta. Esto significa, por ejemplo, que los temas relacionados con matemáticas o estadística están orientados a la solución del problema planteado y no se pretende formar a los alumnos en el sentido amplio de las matemáticas, sino que el alumno logre integrar una serie de herramientas que le permitan resolver un problema específico.
Antes de efectuar la práctica virtual, el grupo recibió tres sesiones de una hora cada una para el manejo del programa Origin(r). En la primera sesión se les dio un recorrido por el programa y se les mostró la barra de menús, cómo ejecutar el programa, cómo abrir un archivo nuevo y guardarlo. Se puso hincapié en la entrada de datos y cómo seleccionarlos para realizar diversos tipos de gráficas, así como modificar los títulos de los ejes, el tamaño de letra y de la gráfica, y el diseño propio de la gráfica. Durante la segunda sesión, el alumno aprendió a realizar análisis estadísticos básicos de columnas y renglones, y gráficas con barras de errores y su significado. Durante la tercera sesión se les enseñó el uso de la estadística y el análisis matemático de los datos que permite el programa.
El uso del simulador fue acompañado de una serie de temas y actividades que
favorecen el aprendizaje del alumno y ayudan a alcanzar las habilidades,
destrezas y objetivos planteados. De acuerdo con la taxonomía de
El simulador está basado en experimentos que se efectuaron en el órgano
vestibular del Axolotl (
El simulador dosis-respuesta reproduce los resultados experimentales. La ventana de interfaz muestra: en la mitad izquierda, la mesa de trabajo sobre la que se encuentra un microscopio, los micromanipuladores, la jeringa para lograr la presión negativa descrita y tres botones: <<Control>>, <<Q. A.>> y <<K. A.>>, que permiten simular la frecuencia control y el efecto de la administración del ácido quiscuálico y ácido kaínico, respectivamente.
En la mitad derecha se muestra una ventana que hace las veces de osciloscopio,
una casilla donde se presenta la frecuencia de disparo correspondiente y abajo
un botón para iniciar el registro
Nuestro estudio fue exploratorio, descriptivo y no usó estadística inferencial.
Seguimos una evaluación semejante a la propuesta por
Con el programa dosis-respuesta se simularon experimentos con el ácido quiscuálico (Q. A.) y con el ácido kaínico (K. A.). La figura 2 muestra una simulación con el primer ácido; en este caso se oprime el botón <<Q. A.>> y se presenta un módulo para seleccionar la dosis a aplicar. En este ejemplo: 41.2 M. En el osciloscopio se registra la frecuencia de disparo. En el recuadro de abajo se indica la frecuencia promedio: 409 Hz.
Para obtener la curva dosis-respuesta, administramos concentraciones crecientes
del fármaco. La
La curva dosis-respuesta se construyó con varias simulaciones, en las cuales se
registra la respuesta ante el aumento de la concentración del fármaco. Es
necesario presionar el botón <<Q. A.>> cada vez que se quiera llevar
a cabo una simulación. Para cada concentración seleccionada se hicieron treinta
registros. Se calcula la media y desviación estándar de los datos. En
consecuencia, los alumnos realizan pruebas estadísticas de los datos generados
por el simulador. La
Se evaluaron dos niveles de conocimiento: el manejo del programa y la comprensión de los conocimientos teóricos (escritura de los resultados de las simulaciones a manera de un artículo científico y un examen de conocimientos).
Se exploró qué tan fácil o difícil resultó el uso del simulador. La
En la parte final del trabajo se realizó una intervención para analizar si el alumno alcanzó un aprendizaje reflexivo que le posibilitara escribir su propio artículo científico a partir de los datos recabados con el simulador. La intervención combinó la revisión colaborativa entre pares y la del profesor.
La escritura se realizó en dos etapas: escritura del primer borrador y su
revisión por pares, y escritura final del artículo con las correcciones. Los
alumnos redactaron un artículo siguiendo las instrucciones de autor
proporcionadas. El 100% siguió de manera adecuada el formato, apartados y
reporte de la bibliografía. Ocho de los alumnos (61.5%) describieron en el
resumen y en la introducción la importancia del trabajo realizado; 76.9% (diez)
de los alumnos describieron implícitamente al final de la introducción una
hipótesis de trabajo; nueve de ellos comprobaron su hipótesis con los
resultados. Trece alumnos (100%) mostraron el efecto del ácido kaínico y
quiscuálico. El cálculo de la D50 fue reportado por diez alumnos
(76.9%). Todos ellos elaboraron las gráficas de acuerdo con lo aprendido en las
secciones correspondientes y pudieron hacer búsquedas de bibliografía científica
del tema; doce alumnos encontraron bibliografía específica del efecto del ácido
quiscuálico y kaínico en el vestíbulo del ajolote (ver
Se muestran las capacidades alcanzadas por los alumnos en los siguientes rubros analizados: 1. Seguir las instrucciones de autor. 2. Describir explícitamente la importancia del trabajo. 3. Proponer implícitamente una hipótesis. 4. Demostrar la hipótesis mediante sus resultados. 5. Reportar el efecto del ácido quiscuálico. 6. Reportar el efecto del ácido kaínico. 7. Determinar la D50 para el ácido quiscuálico. 8. Determinar la D50 para el ácido kaínico. 9. Realizar adecuadamente las gráficas. 10. Reportar bibliografía relacionada con receptores, agonistas y antagonistas del receptor a glutamato. 11. Reportar bibliografía relacionada con la actividad de los agonistas utilizados en el nervio vestibular del ajolote. La escala del 0 al 100 corresponde al porcentaje.
De acuerdo con la taxonomía de Bloom, los resultados muestran que las actividades: generar datos con el simulador, experimentar con dosis crecientes de agonistas, graficar los resultados (rubros 1 y 9), ubicadas en el nivel aplicar, y describir el efecto de los agonistas, clasificar y reportar bibliografía especializada y específica (rubros 5, 6, 10 y 11), en el nivel analizar, fueron logradas por 100-92.3% de los alumnos. Los rubros 7 y 8, que también corresponden a analizar, los alcanzaron 76.9%, y un nivel más alto como sintetizar (rubros 2, 3 y 4), de 76.9 a 61.5% de los alumnos.
Se exploró el aprendizaje alcanzado por los estudiantes. Se formularon seis
preguntas de selección múltiple. La
La
Los números del 1 al 6 corresponden a las preguntas de la tabla 3. Los números del 0 al 100 son el porcentaje. La mayoría de los alumnos contestaron todas las preguntas correctamente; 7.7% respondieron de manera incorrecta las preguntas 1 y 5.
Los equipos de laboratorio y los reactivos que se emplean en los experimentos son muy
costosos; definitivamente, en nuestras condiciones son imposibles de realizar para
la enseñanza-aprendizaje. Debido a que el tema planteado en los experimentos
virtuales corresponde a una actividad propia de la formación disciplinaria, tiene un
significado para los alumnos. Se trata de efectuar un experimento virtual guiado
para que se logre la construcción de conocimiento (López-Bonilla, 2003;
Comparar los resultados de este trabajo con experimentos reales es imposible debido a
los altos costos que implica. Sin embargo, una experiencia semejante fue realizada
en biología en la Universidad de Sevilla (
Nuestro trabajo es exploratorio; diseñamos y desarrollamos un programa de cómputo
interactivo para el registro extracelular multiunitario del nervio vestibular de
ajolote. Estudiamos los mismos niveles de conocimiento: comprensión de conceptos
básicos, manejo del programa y análisis de los datos. Para explorar estos rubros,
los alumnos redactaron un artículo científico e hicieron un examen de conocimientos.
Nuestros resultados concuerdan con los del trabajo de
Existen varios estudios del uso de simuladores en otras disciplinas. La
Es de resaltar que el tema científico tratado en el simulador se ubica en el octavo cuatrimestre de la carrera y los alumnos que participaron en el proceso son de tercer cuatrimestre. No obstante, 69.2% alcanzaron el nivel más alto de aprendizaje. Esto sugiere una aceleración del aprendizaje que debe ser investigado en trabajos futuros.
La simulación de los experimentos de laboratorio permite a los alumnos situarse en una actividad científica real, llevada a la computadora. Un experimento real de este tipo tiene una duración de cinco a siete horas, y obtener una curva dosis-respuesta requiere múltiples experimentos. Con el simulador, los tiempos disminuyen considerablemente; un experimento se efectúa en minutos. Los simuladores permiten implementar experimentos que, por sus altos costos, son imposibles de realizar en la licenciatura.
En cursos a distancia, en los que es necesaria la implementación de prácticas de laboratorio, los simuladores son una buena alternativa. El simulador es una herramienta didáctica que aprovecha el uso de las nuevas tecnologías, pero que no sustituye al profesor. Los métodos que se usaron para evaluar el proceso son complementarios y permitieron distinguir diferentes niveles de aprendizaje. Observamos que la parte técnica (aplicar) fue lograda por todos los alumnos. Conforme se incrementa el nivel de aprendizaje, la cantidad de alumnos que lo alcanza es menor (analizar, 92.3%; sintetizar, 76.9%; evaluar y crear, 69.2%). Existe un grupo de alumnos (7.7%) que no se adaptó a este tipo de enseñanza-aprendizaje. Para cumplir los objetivos de alto orden (analizar, sintetizar, evaluar y crear), fue necesario incrementar el esfuerzo mental de los alumnos: pasando de las simples prácticas demostrativas o expositivas tipo receta a una práctica de laboratorio del tipo de investigación estructurada.
Para cumplir los objetivos de alto orden (analizar, sintetizar, evaluar y crear), fue necesario incrementar el esfuerzo mental de los alumnos: pasando de las simples prácticas demostrativas o expositivas tipo receta a una práctica de laboratorio del tipo de investigación estructurada.
